电催化氧化黄磷脱砷的方法与电催化氧化除杂设备技术

本发明专利技术所述电催化氧化除杂设备包括恒电位仪、电催化氧化反应池、磁力搅拌器、缓冲槽、第一输送泵、第二输送泵和出液控制阀。本发明专利技术所述电催化氧化黄磷脱砷的方法，使用上述设备，步骤如下：①向电催化氧化反应池的阳极室和阴极室通入氮气排空空气，控制阳极室和阴极室内的温度为55～90℃；②向阳极室中加入电解液和被脱砷黄磷，向阴极室中加入电解液；③在氮气保护和搅拌下进行黄磷脱砷的电催化氧化反应；④反应完成后，将阳极室中水相和黄磷的混合液通入缓冲槽静置分相，控制缓冲槽内的温度高于黄磷的熔点，当水相和脱砷后的黄磷两相完全分离后，用高于黄磷熔点温度的超纯水清洗脱砷后的黄磷后得黄磷产品。

【技术实现步骤摘要】
电催化氧化黄磷脱砷的方法与电催化氧化除杂设备
本专利技术属于黄磷提纯领域，特别涉及电催化氧化黄磷脱砷的方法及电催化氧化除杂设备。
技术介绍
黄磷是一种重要的磷化工原料，特别是高纯磷化工产品，其用途极为广泛，在电子行业，InP、GaP等是电子工业中的重要原料，是平面外延晶体管及集成电路的参杂剂；在石化领域，高纯度的PCl3、P2O5是高级润滑油的添加剂；在医药行业，高纯磷是生产免疫抑制剂、血管扩张药、脑代谢改善药等药品原料；另外，高纯磷在食品工业、汽车制造、军工、航空等领域也有广泛的应用。但是工业黄磷中存在的多种微量杂质会严重影响其应用领域，尤其是砷的富集影响很大，砷作为一种剧毒物质，必须从黄磷中进行脱除。目前国内外公开报导的黄磷脱砷的方法包括物理法和化学法，其中水相氧化法是目前常用的黄磷脱砷方法。现有文献公开的水相氧化法有：日本专利JPS5493692A，以硝酸或硫酸及其混合物为氧化剂，所述氧化剂中酸的质量浓度为20％～50％，采用氧化剂对黄磷进行脱砷。此方法由于氧化剂含有硫酸可能导致爆炸，且反应过程中产生大量的含磷酸、硝酸等混酸废液，排放大量含氮氧化物的废气，因此不仅磷同时被氧化损失较大，而且污染环境、安全性差。中国专利CN1315289A，采用加热熔化黄磷后加入氧化剂和氧化增强剂脱砷的方法，该方法优选浓度为10～25％硝酸作为氧化剂，加入氧化增强剂为黄磷质量的5～6％，氧化增强剂选择相转移催化剂、五氧化二钒、铁盐、硝酸铵中的一种或几种。该方法存在的问题是会排放大量含氮氧化物的废气以及含硝酸、磷酸的废水，并且氧化增强剂加入量较大，导致生产成本提高，同时引入新的杂质。中国专利CN1962420A，采用液态黄磷中加入黄磷重量8～15％碳酸盐加热搅拌，静置沉降后放入黄磷重量150～200％、浓度为15～18％硝酸溶液与黄磷重量10～40％的高纯碘配制的还原剂溶液中反应，最后加入活性炭粉末搅拌过滤得到产品。该方法存在的问题是：加入的硝酸和碘化合物在反应时会产生大量含氮氧化物的废气和含硝酸、碘化物、磷酸的废液。同时昂贵碘化物以及多种的脱砷试剂的加入导致了生产成本的提高。如上所述，水相氧化法存在安全性较差、环境污染严重、生产成本较高、磷收率较低等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供电催化氧化黄磷脱砷的方法及电催化氧化除杂设备，以提高黄磷脱砷的安全性、环保性及黄磷的收率，并降低成本。本专利技术所述电催化氧化除杂设备，包括恒电位仪、电催化氧化反应池、磁力搅拌器、缓冲槽、第一输送泵、第二输送泵和出液控制阀；所述电催化氧化反应池为池体和池盖组成的密闭容器，池盖上设置有进气口和排气口，环绕池体外壁设置有加热保温结构，池体内腔通过交换膜分隔为阳极室和阴极室，阳极室侧壁上部或阳极室对应的池盖上设置有进液口，阳极室侧壁下部设置有出液口，阳极室内设置有工作电极和参比电极，阴极室内设置有对电极，所述工作电极、参比电极、对电极分别通过导线与恒电位仪中相应的接口连接，且工作电极和参比电极不与阳极室的侧壁和底壁接触，对电极不与阴极室的侧壁和底壁接触；所述磁力搅拌器安装在阳极室底部；所述缓冲槽为槽体和槽盖组成的密闭容器，环绕槽体外壁设置有加热保温结构，槽体侧壁上或槽盖上设置有进液口，槽体侧壁上设置有出液口，槽体底壁设置有除杂后的净化品出口；所述第一输送泵的进口通过管件与阳极室设置的出液口连接，第一输送泵的出口通过管件与缓冲槽设置的进液口连接，所述第二输送泵的进口通过管件与缓冲槽设置的出液口连接，第二输送泵的出口通过管件与阳极室设置的进液口连接，所述出液控制阀安装在连接第一输送泵的进口与阳极室所设出液口的管件上。上述电催化氧化除杂设备中，所述工作电极(阳极)为铂电极、钛电极、石墨电极、金电极、二氧化铅电极、DSA(Dimensionstableanode)电极中的一种，所述参比电极为饱和甘汞电极，所述对电极(阴极)为铂电极、金电极、石墨电极、镍电极中的一种。上述电催化氧化除杂设备中，所述交换膜为阳离子交换膜、阴离子交换膜、质子交换膜中的一种。上述电催化氧化除杂设备中，可使交换膜的上端与池体上端平齐，在阳极室对应的池盖上和阴极室对应的池盖上均设置进气口和排气口(见图1)，此种结构的电催化氧化除杂设备适用于实验室使用。也可使交换膜的上端低于池体上端，在阳极室和阴极室之间形成气体通道(例如充入氮气和排出空气的通道)和阴极室的电解液溢至阳极室的溢流通道(在反应过程中，阴极室的电解液会增多，该溢流通道可使阴极室的电解液增至一定量后溢入阳极室使用)，交换膜上端低于池体上端的尺寸应保证阳极室中的液体不进入阴极室,所述进气口设置在阳极室对应的池盖上，所述排气口设置在阴极室对应的池盖上(见图2)，此种结构的电催化氧化除杂设备既适用于实验室，又适用于工业生产。上述电催化氧化除杂设备中，加热保温结构由保温层与电加热丝组成，或由保温层与通循环加热水的水管组成。本专利技术所述电催化氧化黄磷脱砷的方法，机理如下：通过直流电，黄磷中的杂质砷(主要以磷化砷形式存在)在阳极上失去电子，变成As3+或As5+进入水相，其化学反应式如下：As-3e-+2H2O→HAsO2+3H+As-5e-+4H2O→H3AsO4+5H+；或在阳极上电解产生氧化剂，再通过氧化剂氧化黄磷中的杂质砷，然后进入水相去除，化学反应式如下：[O]--e-→[O]As+[O]+H2O→As2O3As2O3+[O]+H2O→H3AsO4或As2O3+[O]+H2O→H3AsO3。本专利技术所述电催化氧化黄磷脱砷的方法，使用上述电催化氧化除杂设备，步骤如下：①向电催化氧化反应池的阳极室和阴极室通入氮气排空空气，然后使环绕电催化氧化反应池池体外壁设置的加热保温结构处于工作状态，控制阳极室和阴极室内的温度为55～90℃；②将电解液加入电催化氧化反应池的阳极室和阴极室中，然后将固态被脱砷黄磷投入所述阳极室并被淹没在电解液中；或者将熔融态被脱砷黄磷与电解液的混合物加入电催化氧化反应池(2)的阳极室中，将电解液加入电催化氧化反应池的阴极室中；③开启磁力搅拌器和恒电位仪，在氮气保护和搅拌下进行黄磷脱砷的电催化氧化反应，所述电催化氧化反应的电流为恒电流，反应时间至少为2小时；④黄磷脱砷的电催化氧化反应完成后，将阳极室中水相和黄磷的混合液通入缓冲槽静置分相，静置分相时环绕缓冲槽槽体外壁设置的加热保温结构处于工作状态，控制缓冲槽内的温度高于黄磷的熔点，当水相和脱砷后的黄磷两相完全分离后，将脱砷后的黄磷取出，用高于黄磷熔点温度的超纯水清洗后得到黄磷产品，将水相返回阳极室再次利用。上述电催化氧化黄磷脱砷的方法，步骤②中，所述电催化氧化反应的电流强度为0.01A～20A，最低电流强度的设置是为了让反应能够在合理的时间内完成，最高电流强度的设置是为了保证安全性，随着电流增大，反应速率增加，反应时间减少。上述电催化氧化黄磷脱砷的方法步骤①中，所述电解液为磷酸溶液、磷酸盐溶液或含卤元素的化合物溶液，用去离子水或蒸馏水配制，阳极室与阴极室中加入的电解液相同或不同。所述含卤元素的化合物为氯化物、溴化物和碘化物。上述电催化氧化黄磷脱砷的方法，步骤①中，所述电解液的质量浓度为0.1～50％，阳极室中电解液与被脱砷黄磷的质量比为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.电催化氧化除杂设备，其特征在于包括恒电位仪(1)、电催化氧化反应池(2)、磁力搅拌器(11)、缓冲槽(8)、第一输送泵(9)、第二输送泵(10)和出液控制阀(12)；所述电催化氧化反应池(2)为池体和池盖组成的密闭容器，池盖上设置有进气口(13)和排气口(14)，环绕池体外壁设置有加热保温结构(7)，池体内腔通过交换膜(6)分隔为阳极室和阴极室，阳极室侧壁上部或阳极室对应的池盖上设置有进液口，阳极室侧壁下部设置有出液口，阳极室内设置有工作电极(3)和参比电极(5)，阴极室内设置有对电极(4)，所述工作电极(3)、参比电极(5)、对电极(4)分别通过导线与恒电位仪(1)中相应的接口连接，且工作电极(3)和参比电极(5)不与阳极室的侧壁和底壁接触，对电极(4)不与阴极室的侧壁和底壁接触；所述磁力搅拌器(11)安装在阳极室底部；所述缓冲槽(8)为槽体和槽盖组成的密闭容器，环绕槽体外壁设置有加热保温结构(7)，槽体侧壁上或槽盖上设置有进液口，槽体侧壁上设置有出液口，槽体底壁设置有除杂后的净化品出口；所述第一输送泵(9)的进口通过管件与阳极室设置的出液口连接，第一输送泵(9)的出口通过管件与缓冲槽(8)设置的进液口连接，所述第二输送泵(10)的进口通过管件与缓冲槽(8)设置的出液口连接，第二输送泵(10)的出口通过管件与阳极室设置的进液口连接，所述出液控制阀(12)安装在连接第一输送泵(9)的进口与阳极室所设出液口的管件上。...

【技术特征摘要】
1.电催化氧化除杂设备，其特征在于包括恒电位仪(1)、电催化氧化反应池(2)、磁力搅拌器(11)、缓冲槽(8)、第一输送泵(9)、第二输送泵(10)和出液控制阀(12)；所述电催化氧化反应池(2)为池体和池盖组成的密闭容器，池盖上设置有进气口(13)和排气口(14)，环绕池体外壁设置有加热保温结构(7)，池体内腔通过交换膜(6)分隔为阳极室和阴极室，阳极室侧壁上部或阳极室对应的池盖上设置有进液口，阳极室侧壁下部设置有出液口，阳极室内设置有工作电极(3)和参比电极(5)，阴极室内设置有对电极(4)，所述工作电极(3)、参比电极(5)、对电极(4)分别通过导线与恒电位仪(1)中相应的接口连接，且工作电极(3)和参比电极(5)不与阳极室的侧壁和底壁接触，对电极(4)不与阴极室的侧壁和底壁接触；所述磁力搅拌器(11)安装在阳极室底部；所述缓冲槽(8)为槽体和槽盖组成的密闭容器，环绕槽体外壁设置有加热保温结构(7)，槽体侧壁上或槽盖上设置有进液口，槽体侧壁上设置有出液口，槽体底壁设置有除杂后的净化品出口；所述第一输送泵(9)的进口通过管件与阳极室设置的出液口连接，第一输送泵(9)的出口通过管件与缓冲槽(8)设置的进液口连接，所述第二输送泵(10)的进口通过管件与缓冲槽(8)设置的出液口连接，第二输送泵(10)的出口通过管件与阳极室设置的进液口连接，所述出液控制阀(12)安装在连接第一输送泵(9)的进口与阳极室所设出液口的管件上。2.根据权利要求1所述电催化氧化除杂设备，其特征在于所述工作电极(3)为铂电极、钛电极、石墨电极、金电极、二氧化铅电极、DSA电极中的一种，参比电极(5)为饱和甘汞电极，对电极(4)为铂电极、金电极、石墨电极、镍电极中的一种。3.根据权利要求1或2所述电催化氧化除杂设备，其特征在于所述交换膜(6)为阳离子交换膜、阴离子交换膜、质子交换膜中的一种。4.根据权利要求1或2所述电催化氧化除杂设备，其特征在于交换膜(6)的上端低于池体上端，在阳极室和阴极室之间形成气体通道和阴极室的电解液溢至阳极室的溢流通道，交换膜上端低于池体上端的尺寸应...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军，李敬东，金央，罗建洪，陈明，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51